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关键词： 中空夹层钢管混凝土   海上风机导管架基础   偏压荷载   抗冰破坏   有限元分析  

摘要： 海上风机导管架基础广泛应用于渤海海域海上风电场建设，其造价高昂，长期遭受风浪、波流、海冰荷载作用，在极端海冰作用下易造成海上风机导管架基础发生倒塌破坏，造成风电机组不能正常工作运行，有效控制海上风机导管架基础的安全性和耐久性至关重要。　　中空夹层钢管混凝土（ConcreteFilledDoubleSteelTube,简称CFDST）是一种新型组合构件，具有承载力高、抗弯刚度大、延性好等优点。导管架在极端冰荷载作用下，会产生较大变形，甚至由于上部风机的偏心作用，在偏心位置产生倾覆破坏，影响风机导管架发电机组安全和正常运行。增强导管架的刚度能够有效提高结构承载能力，提高结构的抗冰性能。本文基于该研究思路，针对渤海区域待建10MW海上风机导管架基础形式，提出将钢导管腿替换为中空夹层钢管混凝土导管腿的新型CFDST组合导管架，通过试验和数值模拟进行导管架在偏心荷载作用下的承载力研究。本文主要研究内容如下:　　（1）为研究偏心荷载作用下CFDST导管腿的承载能力，利用有限元软件ABAQUS对不同截面类型、轴压比、偏心距和混凝土强度等参数变化下的CFDST导管腿进行低周往复加载，研究其滞回荷载作用下耗能特征，得到了导管腿偏心荷载作用下承载力变化规律。　　（2）为提高渤海区域海上风机导管架抵抗冰荷载的能力，通过增强导管架结构整体刚度，采用新型CFDST组合导管架（在等直径的基础上将空心钢质导管腿替换为CFDST导管腿）基础结构体系。　　（3）对原导管架和新型CFDST组合导管架进行1∶20缩尺模型试验，考虑风机产生的偏心荷载对下部导管架产生的影响，进行原导管架偏心荷载作用下的滞回性能试验研究，分析其力学性能指标和破坏模式，对新型CFDST组合导管架进行弹性层间位移角范围内的弹性段试验，与原导管架进行对比，验证采用CFDST组合导管腿能够提高导管架结构刚度，进一步说明了该新型CFDST组合导管架的可靠性和安全性。　　（4）对原导管架和新型CFDST组合导管架进行数值模拟，将原导管架的试验结果与有限元分析结果进行对比，均在加载过程中风机偏心一侧二层支撑位置产生破坏，验证了有限元分析的正确性。　　（5）对比原导管架和新型组合导管架在偏压作用下的力学性能指标，采用中空夹层导管腿使新型CFDST组合导管架基础具有更高的刚度和承载能力，在偏心荷载作用一侧延性较原导管架提高，降低了结构的强度和刚度退化现象，增加了极限承载能力和耗能能力，增强了海上风机导管架结构的抗冰性能，可避免在偏心荷载作用一侧导管架承载力丧失过快，造成整体倒塌破坏。

关键词： 高填方地基   地层变异性   参数空间变异性   基础沉降   可靠度分析   数值模拟  

摘要： 在“一带一路”战略背景下,我国西部地区基础设施建设迎来新一轮的发展高潮。与基础设施建设并存的是日益突出的建设用地紧张问题,城市发展越来越受到黄土沟壑地形地貌条件的限制。为满足城镇发展需求,开山填挖、人工造地势在必行,但是由于黄土地区特殊的地形地貌和工程性质,高填黄土地基的过大沉降已造成大量工程失效或破坏。两种不同地质成因和应力历史的土体叠加在一起,决定了填土地基本质上的不确定性。将土体参数随机性与空间位置结合,考虑原状土层与填土层间的地层变异性,开展地基沉降特性研究具有重要意义。研究成果可为高填黄土场地地基基础设计计算、规范修订提供理论依据。本文主要研究内容及成果如下:(1)基于兰州新区大厚度填土场地现场和室内试验数据,采用土体参数随机场模型和地质统计学理论,计算填土随机场模型参数,即波动范围和空间变异系数。研究参数随土层深度变化规律,进行空间变异性评价。结果表明:采用半变异函数法计算土体参数波动范围时,球状模型可作为最优拟合函数;填土体压缩模量为中等变异,天然密度、粘聚力和内摩擦角为弱变异。(2)根据Wlather相序定律建立了竖向计数矩阵和水平计数矩阵的关系,即水平方向计数矩阵主对角元素为竖向计数矩阵主对角元素的K倍,其余元素相等,再通过试算的方法确定K值,从而得到水平计数矩阵。基于钻孔资料,采用耦合Markov链模型计算状态转移概率矩阵,并分析不同钻孔方案对转移概率矩阵估计的影响。估计状态转移概率矩阵时尽量选取较多且分布均匀的钻孔数据,有利于估计结果的精确性;当矩阵中对角元素值较大时,转移概率矩阵估计对钻孔布置方案敏感性较低。(3)采用协方差矩阵分解法离散填土体参数随机场,实现填土体参数空间变异性模拟;采用耦合Markov链蒙特卡罗模拟方法,获得区域内原状土层与填土层随机分布转移状态,实现地层变异性模拟。同时考虑地层和土体参数空间变异性,将空间变异土体分布映射至地基模型中,结合随机有限元,计算地基不同深度处沉降,揭示深厚填土地基沉降可靠指标变化规律,提出沉降预测的可靠度分析方法。结果表明:土体参数变异性和地层变异性对基础沉降的影响分别为沉降变大与不均匀沉降,故计算沉降时,考虑地层变异性和参数变异性是非常必要的;地层变异性和参数变异性对地基沉降可靠度指标都有影响。仅考虑地层变异时,用于土层状态预测的钻孔数目越多,可靠度越高。加入随机场后,可靠度降低,并且参数空间变异性越强,可靠度越低。(4)以不考虑压缩模量不确定性的沉降确定解作为切入点建立随机沉降与随机场局部平均的函数关系,提出能够反映土体参数空间变化特性的基础沉降表达式。采用一次二阶矩法进行地基沉降的直接概率分析,预报特定概率下的沉降置信区间,计算可靠度指标。比较随机有限元法和直接概率分析得到的可靠度指标可知,在可靠度分析中随机有限元方法优于直接概率分析法。

关键词： 地震边坡   空间变异性   随机有限元分析   边坡锚固  

摘要： 我国山地丘陵众多,由于地震的作用常常导致滑坡的发生,对人类活动和生命财产都易造成极大的危害,因此,滑坡的预测防治一直是岩土工程研究的热点,深入研究地震荷载下边坡风险问题对于工程安全具有重要意义。此外,随着统计学研究的深入,土体的空间变异性逐渐成为诸多学者研究边坡稳定性问题的考虑重点,传统确定性分析方法通常仅以安全系数为评判标准,且偏于保守。因此,综合考虑土壤性质在空间中的相关性,结合安全系数及失效概率共同判断边坡稳定可靠性的方法更具有合理性。 本文通过拟静力法对位于边坡上基础施加水平和竖直两个方向的地震荷载,通过MATLAB编程软件和ABAQUS有限元软件实现随机场理论在边坡模型中的应用,结合蒙特卡罗模拟法对边坡抗震承载力及可靠性进行研究,分析土体黏聚力、摩擦角的变化和空间相关长度、地震加速度系数对边坡稳定性的影响,采用聚类分析法计算边坡滑移面积,并选取代表性边坡模型通过预应力锚杆进行加固处理,从受力和经济两个角度对锚杆长度、锚杆间距、锚固角、预应力大小等影响要素进行优化设计分析,所得到的研究结果如下: (1)随着地震加速度的增大,确定性分析所得承载力系数逐渐降低。土体黏聚力和摩擦角的空间变异性是抗震承载力的重要影响因素,当相关长度为基础的一半时,将得到平均承载力的局部最小值,对于更小的相关长度,平均承载力有适度的增长,而当相关长度逐渐增大时,平均承载力将趋近于确定性分析所得结果; (2)空间相关长度和边坡高度对承载力系数的变异系数会造成一定影响,H=B和H=2B时,承载力系数的变异系数与空间相关长度呈显著正相关,H=4B时,承载力系数的变异系数随空间相关长度的增大先达到峰值后逐渐降低。 (3)地震加速度作为影响边坡稳定性的因素,主要表现为,随地震荷载的增大,蒙特卡罗模拟结果所得抗震承载力系数的分布逐渐从分散到集中,并向0值靠近。 (4)要保证失效概率低至可接受范围,考虑土体空间变异性要比传统确定性分析所需要的安全系数更大。 (5)空间相关长度会影响边坡滑移面积的大小和形状,随着空间相关长度的增加,失效面积的峰值逐渐降低,频率分布的聚集性逐渐减弱。 (6)通过确定性分析对不同锚杆长度进行的优化设计方案并不适合直接应用于不确定性分析,由于土体参数空间变异性的影响需重新研究确定,而针对锚杆预应力的优化方式在确定性和不确定性分析中所得结果差异并不明显。

关键词： 髋骨折   内固定器   骨折固定术,内   有限元分析   尸体解剖  

摘要： 目的:运用有限元分析技术,分析股骨近端锁定加压钢板联合股骨近端前内侧微创钉棒内固定系统治疗转子下骨折后的稳定性、有效性,探讨前内侧微创钉棒内固定系统内侧支撑的力学优势,为临床治疗的选择提供依据。参考现有股骨近端前内侧手术入路,通过尸体解剖研究确定股骨近端前内侧微创钉棒内固定系统置入的最佳手术入路。方法:第一部分:通过选取志愿者右侧股骨CT数据,利用有限元分析方法,分别建立股骨转子下骨折(内侧壁完整型、内侧壁破碎型)、内固定装置(股骨近端锁定加压钢板(PFLCP)、股骨近端前内侧微创钉棒内固定系统、重建髓内钉)模型,装配生成PFLCP、PFLCP+股骨近端前内侧微创钉棒内固定系统、重建髓内钉固定两种骨折后的模型。结合参考文献资料数据,对模型约束、设定、赋值,对股骨头施加750N垂直载荷以模拟体重75kg的成人单足站立时受力情况进行加载,获得6组模型的应力云图及形变位移图。分析各组模型骨折块的位移以及应力峰值,比较三种内固定方式治疗后的效果差异。第二部分:参考目前股骨近端前内侧手术入路,运用解剖学研究方法,对4例股骨近端结构完整的成年尸体标本(男性2例,女性2例)进行解剖。研究不同股骨近端前内侧手术入路中神经、血管的走行分布及对股骨近端前内侧的显露情况,并模拟置入股骨近端前内侧微创钉棒内固定系统,探查对重要血管、神经等组织的影响。结合各手术入路的优点,确定最优手术入路及置钉策略。结果:第一部分:PFLCP固定转子下骨折内侧壁完整型时,应力峰值情况:骨块1峰值位于内侧壁为20.075Mpa,内固定等效应力为235.9MPa,位于PFLCP与骨折交界以及远端距离骨折线较近螺钉位置。各骨块与内固定最大位移情况:骨块1为3.6868mm,骨块Ⅰ为1.4805mm,骨块2为1.5465mm,内固定为3.1994mm。固定转子下骨折内侧壁破碎型时,应力峰值情况:骨块1峰值位于内侧壁为32.552Mpa,内固定等效应力为168.1MPa,位于钢板与骨折接触位置。各骨块与内固定最大位移情况:骨块1为3.7167mm,骨块Ⅱ-1为1.7144mm,骨块Ⅱ-2为1.8298mm,骨块Ⅱ-3为2.2068mm,骨块2为1.1962mm,内固定为3.2887mm。PFLCP+股骨近端前内侧微创钉棒内固定系统固定转子下骨折内侧壁完整型时,应力峰值情况:骨块1峰值位于内侧壁为16.357Mpa,内固定等效应力为160.3MPa,位于股骨近端前内侧微创钉棒内固定系统棒结构、PFLCP钢板与骨折交界、PFLCP远端距离骨折线较近螺钉位置。各骨块与内固定最大位移情况:骨块1为3.4612mm,骨块Ⅰ为1.4688mm,骨块2为1.4658mm,内固定为3.0067mm。固定转子下骨折内侧壁破碎型时,应力峰值情况:骨块1峰值位于内侧壁为18.739Mpa,内固定等效应力为113.38MPa,位于PFLCP钢板与骨折交界、股骨近端前内侧微创钉棒内固定系统钉棒交界位置。各骨块与内固定最大位移情况:骨块1为3.0575mm,骨块Ⅱ-1为1.6923mm,骨块Ⅱ-2为1.7914mm,骨块Ⅱ-3为2.0915mm,骨块2为1.1817mm,内固定为3.4503mm。重建髓内钉固定转子下骨折内侧壁完整型时,应力峰值情况:骨块1峰值位于股骨头、股骨距为15.881Mpa,内固定等效应力为219.5MPa,位于骨折处髓内钉的外侧、内侧。各骨块与内固定最大位移情况:骨块1为3.7471mm,骨块Ⅰ为1.5773mm,骨块2为1.5643mm,内固定为3.5407mm。固定转子下骨折内侧壁破碎型时,应力峰值情况:骨块1峰值位于内侧壁为21.616Mpa,内固定等效应力为135.19MPa,位于骨折处髓内钉内侧。各骨块与内固定最大位移情况:骨块1为4.0632mm,骨块Ⅱ-1为1.7659mm,骨块Ⅱ-2为1.8914mm,骨块Ⅱ-3为2.2901mm,骨块2为1.1127mm,内固定为3.8476mm。三种方式固定转子下骨折时,对于内侧壁完整型,各骨块应力峰值梯度为:重建髓内钉

关键词： 筒型基础   压拔承载力   沉贯阻力  

摘要： 针对东海某海域环境条件和土质情况,开展了筒型基础压载工况和上拔工况下的承载力分析以及沉桩阻力计算和屈曲分析。结果表明:所给筒型基础参数满足相关规范中对沉贯阻力和压/拨承载力的要求;其最大水平位移小于1%D,满足稳性要求;得到了最大不均匀沉降和筒顶转角,为现场安装施工提供了参考数据;随着入泥深度的增加屈曲应力逐渐增大,而屈曲强度则先减小后增大,表明筒型基础沉入至硬土层时屈曲强度降低;0~25 m的入泥深度范围之内,屈曲强度均大于屈曲应力,即满足规范对屈曲应力的要求;入泥深度为7.5~16 m,屈曲强度接近屈曲应力,实际作业过程中需要放慢沉入速度并随时观察筒型基础的变形情况,防止发生屈曲变形。

关键词： 海上风电   ABAQUS   单桩筒   组合基础   承载性能  

摘要： 为研究海上风电单桩筒组合基础的承载性能,以福建漳浦海上风电场项目为例,利用有限元软件ABAQUS建立了桩-筒-土三维模型,分析了不同模型尺寸对基础承载性能的影响,并根据分析结果对组合基础进行优化。结果表明:增加桩体直径、桩体入土深度、筒体直径、筒顶板厚度、分仓板数量均可增强结构的承载性能,但实际工程设计时,需要结合施工及造价条件合理选择尺寸参数;结构优化后的桩-筒组合基础比超大直径单桩基础更经济、可行。研究成果可为海上风电场设计提供参考。

关键词： 变刚度   协同分析   差异沉降   CFG  

摘要： 酒店由不同的结构单元组成,采用筏板基础,不同单元的地基通过变刚度设计原则,分别采用天然地基和CFG桩复合地基进行处理,以控制不同单元地基的差异沉降和整体沉降。通过有限元软件PLAXIS 3D对酒店筏板基础的沉降进行协同分析,验证变刚度调平设计的合理性,并提出合理的后浇带封闭时间,以指导施工。

关键词： 山地风电场   风电机组   结构动力   岩石   弹性   三维有限元  

摘要： 采用有限元软件建立了山地风电场岩石地基-钢混基础-上部塔筒结构的一体化模型,选取2条实际地震波针对频谱特性、加速度峰值、地震动持续时间修正后输入模型,对地震作用下山地风电场风机塔筒和基础的结构动力性能进行研究。分析发现:地震作用下塔筒顶部及中部截面变形具有振荡性,即塔筒截面处于压扁和扩张的反复变化过程中,塔筒中部的截面变形更为剧烈;塔筒底部的截面变形与塔筒中上部完全不同,地震波开始作用时的截面变形振荡不明显,随着地震作用持续时间增加,截面变形振荡效应越加明显;汶川波对风机的影响相对较大。

关键词： 微型桩基础   纵向荷载   水平荷载   有限元分析  

摘要： 本文针对微型桩在砂土土基中的受力情况,利用Abaqus有限元分析软件,对桩在纵向和水平荷载作用下的受力情况和形变、位移等特征进行了研究。模拟结果分析揭示了桩身在土体中的受力、位移分布情况,并且水平荷载作用下,桩身1/4处弯矩最大。将力学模型计算结果与有限元模型结果进行对比,发现其误差在可接受范围内,从而验证了有限元模型的正确性,为工程项目设计和工程项目管理提供理论支持。

关键词： 风机基础   钢塔   有限元   裂缝宽度  

摘要： 针对江苏淮安某风电项目已有钢混塔架基础改建为锚栓连接的纯钢塔基础设计方案,对新加混凝土与已有基础的传力性能采用精细化实体有限元模型分析受力特点,并通过分析极端运行工况和正常运行工况下的基础应变、裂缝宽度和钢筋应力验证设计的安全性,结果表明提出的设计变更方案安全可靠,便于实施,满足国内相关标准规范要求,为实际工程的正常施工及运行稳定提供了保障。